Creado el ser vivo con el genoma más pequeño
Científicos de EE.UU. fabrican en laboratorio una bacteria con sólo 473 genes
Sólo 473 genes le bastan a una bacteria para mantenerse con vida y multiplicarse cada tres horas, según han demostrado investigadores del Instituto J. Craig Venter de La Jolla (California, EE.UU.) y de la compañía Synthetic Genomics. Un tercio de estos genes no tienen ninguna función conocida, lo que revela que los científicos aún ignoran aspectos fundamentales de cómo funcionan los seres vivos
La bacteria, que es el ser vivo con el genoma más pequeño del mundo, no se encuentra en la naturaleza. Ha sido creada en laboratorio escribiendo su secuencia genética en ordenadores, construyendo su ADN como un lego con técnicas de biología sintética y trasplantando el genoma a otra bacteria que ha sido utilizada como madre de alquiler. Sus creadores le han dado nombre de matrícula: JCVI-syn3.0.
El objetivo de los investigadores, que presentan el avance esta semana en la revista Science, es doble. Uno es de ciencia básica: comprender cuál es el genoma mínimo necesario para la vida y averiguar cuál es la función de cada uno de los genes imprescindibles para una célula. “Empezamos esta búsqueda hace veinte años; pensamos que la única manera de responder a preguntas básicas sobre la vida
sería conseguir un genoma mínimo, y probablemente la única manera de obtenerlo sería sintetizándolo”, declaró el miércoles en rueda de prensa telefónica Craig Venter, que ha dirigido la investigación.
El segundo objetivo es de ciencia aplicada: convertir la célula mínima en una fábrica de productos biológicos de interés comercial como fármacos, alimentos, tejidos o biocombustibles. Para ello,
habría que añadirle algunos genes adicionales. “Pensamos que estas células tienen muchas ventajas. Por ejemplo, como cada gen es esencial, tendrían pocas mutaciones. Serían eficientes en el uso de la energía. Y, como son organismos simples, serían fáciles de diseñar”, declaró en la rueda de prensa Daniel Gibson, coautor del trabajo.
Construir el genoma mínimo les ha costado Venter y su equipo más de cinco años desde que en el 2010 presentaron el primer ser vivo creado por ordenador. En aquella ocasión demostraron que podían diseñar un genoma a partir de datos informáticos y que, si lo introducían en una bacteria, el genoma tomaba el control de la célula y empezaba a autorreplicarse.
Utilizando la misma técnica, diseñaron el genoma mínimo tal como pensaban que debía ser. Pero, cada vez que intentaron dar vida a una célula a partir de los fragmentos de ADN que habían ideado, la célula murió. “La gran noticia es que fracasamos”, reconoce Venter en declaraciones recogidas por Science. “Nuestro conocimiento actual de la biología no es suficiente para sentarnos, diseñar un organismo vivo y construirlo”.
Una vez asumido el fracaso del primer intento, cambiaron la estrategia de trabajo. En lugar de construir el genoma mínimo par-
tiendo de cero, lo construirían por ensayo y error partiendo de una bacteria ya existente.
Eligieron una bacteria de la especie Mycoplasma mycoides, que causa infecciones respiratorias en el ganado vacuno, porque es la misma con la que habían trabajado en el 2010 y porque ya tiene un genoma pequeño, con sólo 901 genes y un millón de pares de bases (o letras del genoma). Por comparación, la bacteria E. coli tiene más de 4.000 genes y la especie humana, más de 20.000.
Con paciencia de hormiga, los investigadores desactivaron uno a uno los genes de M. mycoides para ver cuáles de ellos eran vitales. Si las bacterias morían al verse privadas de un gen, éste se consideraba imprescindible, por lo que debía formar parte del genoma mínimo. Si las bacterias sobrevivían, entonces el gen se podía eliminar.
Una vez completado el proceso de poda, ha quedado un genoma con medio millón de pares de bases y 473 genes. El genoma inicial del M. mycoides, por lo tanto, se ha reducido a la mitad. Y el resultado final es un 10% menor que el genoma más pequeño conocido hasta la fecha, que pertenece a la bacteria Mycoplasma genitalium y tiene 525 genes.
Cuando se ha insertado el nuevo genoma en una bacteria, ha tomado el control de la célula y ha empezado a multiplicarse. La nueva bacteria forma colonias de células esféricas de distintos tamaños y duplica su población cada 180 minutos, un periodo relativamente corto que es una ventaja de cara a futuras aplicaciones comerciales.
Sorprendentemente, casi un tercio de los genes imprescindibles (149 de los 473) no tiene ninguna función conocida. “Es el resultado más interesante de la investigación”, destaca Luis Serrano, director del Centre de Regulació Genòmica (CRG) y especialista en biología sintética cuyos trabajos son citados en Science por el equipo de Venter.
Muchos de estos genes son compartidos por múltiples especies, lo que sugiere que se encargan de funciones biológicas muy fundamentales. “Conocemos unos dos tercios de la biología esencial, ignoramos el otro tercio; es una lección importante”, declaró Venter en la rueda de prensa. “Estamos mostrando lo compleja que es la vida incluso en los organismos más simples”.
Según Venter, esto explica que todos los intentos de construir el genoma mínimo a partir de cero fracasaran. Era imposible diseñar un genoma viable desconociendo un tercio de sus genes imprescindibles.
Otro resultado destacado es que los genes no se dividen de manera nítida entre esenciales y prescindibles. Los investigadores han identificado una categoría intermedia a la que llaman genes casiesenciales. Son aquellos “que no son absolutamente críticos para la viabilidad pero que son necesarios para un crecimiento robusto”, se- gún la definición que proponen en
Science. Por lo tanto, reconoce Venter, el genoma de JCVI-syn3.0 no es el más pequeño posible.
Si se acepta comprometer el crecimiento, se podría conseguir un genoma todavía más pequeño que continuara siendo viable. O si, en lugar de trabajar con bacterias del género Mycoplasma, hubieran trabajado con otros microorganismos, tal vez hubieran conseguido reducir algo más el genoma. Además, destacó Venter, “cada genoma depende del contexto” en que vive un organismo. “
No tiene sentido hablar de un genoma mínimo si no definimos al mismo tiempo el contexto y el fenotipo”. Según el investigador, la nueva bacteria que presentan en
Science es “una aproximación de trabajo a una célula mínima”.